Диагностика ранних неврологических нарушений с помощью силомоментных аппаратно-программных комплексов Холмогорова Н.В. 1,2, Кручинин П.А. 1,3, Левик Ю.С. 1,4, Слива С.С. 1,5, Шлыков В.Ю. 1,4 1 МГППУ, 2 МПГУ, 3 МГУ имени М.В. Ломоносова, 4 ИППИ РАН г. Москва, 5 ЗАО ОКБ «РИТМ» г. Тоганрог

Актуальность. Управление позой и движением является одной из сложнейших задач, выполняемых мозгом. Отдельные изменения в работе двигательной системы можно рассматривать в качестве признаков ранних, доклинических стадий нарушения функции ЦНС. Цель работы. Разработать методические подходы, приемы и аппаратное обеспечение, позволяющие подойти к созданию технологии неинвазивной диагностики ранних неврологических нарушений. Методы и организация исследований. Технология неинвазивной диагностики ранних неврологических нарушений ориентирована на выявление таких двигательных признаков изменения функционального состояния ЦНС, как повышенная готовность к генерации тремора и изменение тонуса «постуральных» мышц. В качестве двигательных маркеров изменения функционального состояния ЦНС рассматриваются постуральные микродвижения и изменение позы («позный портрет»). Предполагается сопоставление их значений для одного и того же человека в условиях стоя и сидя. Рассматриваемая технология основана на использовании двух силомоментных АПК: «Стабилан 01.16»(г. Таганрог) и АПК «Многофункциональное кресло» (Совместная разработка МГППУ г. Москва и ЗАО ОКБ «Ритм» г. Таганрог).

НЕИНВАЗИВНАЯ ДИАГНОСТИКИ РАННИХ НЕВРОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕНИЯ РАЗНЫХ ВИДОВ ТРЕМОРА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АПК «СТАБИЛАН 01.16» АПК «МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ КРЕСЛО» МЕТОДИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОСТУРАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ СИДЯ И СТОЯ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТ ТРЕМОРА С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ СИЛОМОМЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ АПК МЕТОДИКА СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ СИЛОМОМЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ И ЭКГ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ СИДЯ И СТОЯ ПРОГРАММА ЧАСТОТНОГО И ВЕЙВЛЕТ АНАЛИЗА СИГНАЛОВ СИЛОМОМЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ И ДАТЧИКОВ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ

АПК, используемые для реализации технологии неинвазивной диагностики ранних неврологических нарушений: АПК «Стабилан 01.16» (В) и экспериментальный образец АПК «Многофункциональное кресло» (А, С) В А С

В «Многофункциональном кресле» сидение, спинка, подставки под ноги и под руки очувствлены стабилоплатформами, подлокотники снабжены силометрическими датчиками. В сидение кресла вмонтирован шестикомпонентный силомоментный датчик. Отличительной особенностью данного АПК является очувствление всех поверхностей, с которыми человек соприкасается в процессе сидения. Это, дает возможность выявить очаги зарождения тремора. Некоторые колебательные процессы, связанные с нормальным или патологическим функционированием организма человека, имеют локализованный источник возбуждения, часто относительно высокочастотный (сердцебиение, дыхание, тремор отдельных групп мышц и т.д.). Человеческое тело представляет собой сплошную среду, в которой указанные колебательные процессы порождают распространяющиеся волны. Эти волны вызывают колебания на поверхности тела, которые могут регистрироваться силоизмерительной аппаратурой. Вязкие свойства среды вызывают затухание волн и ограничивают область их распространения. Приближение чувствительных элементов силомоментных датчиков к источникам волн позволяет получать достоверные сведения об этих волновых процессах, снижает искажения, вызванные особенностями прохождения волны через анизотропную среду и, тем самым, позволяет анализировать динамику источника возбуждения.

Для выявления повышенной готовности к генерации тремора предлагается использовать функциональные нагрузочные пробы, вызывающие возникновение усиленного физиологического тремора. Например, удержание груза, весом 1,5-3кГ в ведущей руке, опирающейся локтем на неподвижную опору (подлокотник кресла с вмонтированным силомоментным датчиком). Для уточнения природы тремора предлагается использовать приемы, снижающие центральные воздействия на локальный физиологический тремор. Например, последовательное вычитание из трехзначного числа двухзначного в течение 1 минуты, или просмотр фрагмента сюжетного фильма. В качестве основного метода обработки показаний датчиков силомоментных комплексов выбран спектральный анализ ( метод Велча для оценки спектральной плотности мощности сигнала и вычисление коэффициентов вейвлет- преобразования с вейвлетом Морле). Примерами задач, которые могут быть решены с помощью разрабатываемой технологии, являются исследования скрытых моторных нарушений при премутации Х- хромосомы и ранней стадии болезни Паркинсона. В исследовании приняли участия носители премутации Х-хромосомы (родственники первой и второй степени родства больных с синдромом умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х), пациенты на ранней стадии болезни Паркинсона (БП) и здоровые взрослые.

Результаты При спокойном сидении у здорового человека непроизвольные колебательные движения тела и его частей слабо выражены. Подъем груза сопровождается локальным усилением физиологического тремора в руке, выполняющей статическую работу, амплитуда которого резко уменьшается после снятия нагрузки. У носителей премутации Х-хромосомы, в состоянии покоя в отдельных частях тела, соприкасающихся с чувствительными поверхностями АПК может наблюдаться тремор на частотах 6-8 Гц. Если этих колебаний в состоянии покоя не было, то под нагрузкой, у некоторых обследованных они появлялись. Проявления тремора зависело от текущего функционального состояния обследуемого. После завершения статической нагрузки этот тремор, как правило, исчезал. Таким образом, при выполнении статической работы мы наблюдали наличие локальных пиков спектральной характеристики колебаний отдельных частей тела в районе 6-8Гц у 4 из 6 носителей премутации Х-хромосомы. В контрольной группе из 70 здоровых обследованных подобная картина наблюдалась у 7 человек. У 2 пациентов с ранней стадией болезни Паркинсона тремор покоя, частотой 6-8Гц наблюдался в сигналах почти всех датчиков АПК. При удержании груза его величина, практически не менялась. Когнитивная нагрузка, предъявляемая пациентам с диагнозом БП и носителям премутации Х-хромосомы на фоне выполнения статической работы ведущей рукой, незначительно влияла на спектр мощности сигналов силомоментных датчиков не контактирующих с рукой, удерживающей груз.

Спектральная плотность мощности сигналов датчиков АПК «Многофункциональное кресло» для здорового человека (обслед. PАI.) Левый подлокотник Правый подлокотник Спинка Ноги Сиденье ПравоеЛевое

Спектральная плотность мощности сигналов датчиков АПК «Многофункциональное кресло» для носителя премутации Х-хромосомы ( обслед. ARN, возбужденное состояние ) Левый подлокотник Спинка Правый подлокотник Сиденье 1 ноги Сиденье 2

Спектральная плотность мощности сигналов датчиков АПК «Многофункциональное кресло» для носителя премутации Х-хромосомы ( обслед. ARN, спокойное состояние ) Левый подлокотникПравый подлокотник Спинка Ноги Сиденье ПравоеЛевое

Спектральная плотность мощности сигналов датчиков АПК «Многофункциональное кресло» для пациента на ранней стадии болезни Паркинсона (обслед. KOV) Левый подлокотникПравый подлокотник Спинка НогиСиденье ПравоеЛевое

Спектры мощности вертикальных усилий сигнала датчиков правого ( слева )и левого( справа ) подлокотника АПК «Многофункциональное кресло», регистрируемые при удержании груза в правой руке (сплошная линия ) для пациента с диагнозом БП (А) и для здорового обследуемого (В, С)

Оценка изменения спектра колебаний сигнала датчика вертикальных усилий левого подлокотника во время просмотра сложно сюжетной кинозарисовки пациентом с БП, реализуемого на фоне выполнения статической работы правой рукой (просмотр кинозарисовки начинался на 20 сек удержания груза)

Оценка изменения спектра колебаний сигнала датчика вертикальных усилий правого подлокотника во время просмотра сложно сюжетной кинозарисовки пациентом с БП, реализуемого на фоне выполнения статической работы правой рукой (просмотр кинозарисовки начинался на 20 сек удержания груза)

Заключение Результаты наших исследований позволили установить, что наиболее информативной для выявления очагов зарождения патологического тремора является ситуация с полным очувслением всех поверхностей, с которыми человек соприкасается в процессе сидения. Эффективное использование очувствленных поверхностей АПК «Многофункциональное кресло» позволяет получить более точные сведения об участках повышенная готовность к генерации тремора. Предложенные тестовые приемы усиления физиологического тремора дают возможность описать особенности моторной регуляции здорового человека и пациентов с паркинсоническими нарушениями в виде паттернов проявления тремора действия и тремора покоя и выявить природу происхождения патологического тремора. Полученные результаты свидетельствуют о том, что рассмотренные методические приемы и аппаратное обеспечение являются перспективными с точки зрения оценки ранних неврологических нарушений и могут лечь в основу технологии неинвазивной диагностики ранних неврологических нарушений.

Спасибо за внимание